CN102159153A - 移动牙齿的方法与系统 - Google Patents

Abstract

本文提供了一种用于重新定位牙齿的作用力系统及制备和使用该系统的方法。

Description

移动牙齿的方法与系统

技术领域

本发明涉及口腔正畸学(畸齿矫正)(orthodontics)领域。

背景技术

矫正牙齿的常规方法是让使用者戴一种通常被称为“固定器”(braces)的装置。固定器包括很多种装置，比如托架(brackets)，弓丝(archwires)，结扎丝(ligatures)，O形环(O-rings)。常规的畸齿矫正步骤简述如下：在将固定器固定到使用者的牙齿之前，使用者至少要与正牙医生，牙医和/或做X-射线的实验室预约一次，以便对其牙齿和颌的结构进行X-射线扫描和拍照。在这次初诊中，或是在后面的会诊中，通常会得到使用者牙齿的藻酸盐模型。该模型提供了使用者牙齿的样本，利用该样本，正牙医生可结合X-射线和照片制定治疗策略。接着，矫正医生通常会安排一次或多次的会诊，并在会诊中将固定器固定到使用者的牙齿上。

在将固定器首次固定到使用者牙齿的会诊当中，先用弱酸对牙齿表面进行处理，酸可优化牙齿表面对结合到其上的托架和绷带(bands)的附着性能。托架和绷带对后续添加的其它装置起锚的作用。酸处理后，用合适的粘合材料将托架和绷带黏合到使用者的牙齿上。直到结合剂固定后，才能安装施力的装置。由于这个原因，正牙医生通常要再预定一次随后的会诊以确保托架和绷带很好地结合到牙齿上。

在传统的一套固定器中，主要的施力装置为弓丝。弓丝具有弹性，并通过托架中的狭缝连接到托架上。弓丝将托架连接在一起，并对其施加力的作用，使得托架能随着时间的推移移动牙齿。通常用绞合线或弹性的O形环来加固弓丝与托架之间的连接。在畸齿矫正学领域中，将弓丝与托架之间的连接称为“结扎”，将该步骤中使用的线称为结扎丝。将弹性的O形环称为“塑料”(“plastics”)。

将弓丝固定好后，使用者需要与正牙医生定期预约进行会诊，在会诊的过程中，医生通过安装具有不同的力诱导性质的不同的弓丝或通过更换或加固已有的结扎丝对使用者的固定器进行调整。通常，会诊的安排是每三周到六周一次。

因此，将装置安装到使用者牙齿的过程繁琐、耗时并要求使用者与治疗的正牙医生进行多次的会面。

人们提出了各种方法以简化该过程并减少畸齿矫正的费用，但是成功的很少。比如，Kuroda等(1996)Am.J.Orthodontics 110：365-369公开了一种用激光扫描石膏牙齿模型以得到模型的数字图像的方法。同样，参见Ormco公司申请的美国专利号为5,605,459，5,533,895，5,474,448，5,454,717，5,447,432，5,431,562，5,395,238，5,368,478以及5,139,419的专利，上述专利公开了牙齿数字图像的处理方法，该方法可用于设计畸齿矫正矫治器。

美国专利号为5,011,405的专利公开了一种牙齿数字成像并决定畸齿矫正治疗中托架的最佳位置的方法。美国专利号为5,338,198的专利公开了一种激光扫描模塑牙齿以得到三维的模型。美国专利号为5,452,219的专利公开了一种激光扫描牙齿模型并铣削牙齿模子的方法。在美国专利号为5,607,305和5,587,912的专利中公开了牙齿外形的数字计算机操作。颌的计算机化数字成像则公开在美国专利号为5,342,202和5,340,309的专利中。其它相关专利包括美国专利号为5,549,476，5,382,164，5,273,429，4,936,862，3,860,803，3,660,900，5,645,421，5,055,039，4,798,534，4,856,991，5,035,613，5,059,118，5,186,623以及4,755,139的专利。

美国专利号为6,398,548和6,554,611的专利公开了这样一种方法，利用计算机程序预测牙齿从初始位置到最终位置的移动，设计并构造一系列的牙齿矫治器。所述的牙齿矫治器具有不同的几何形状，使用一套牙齿矫治器就能将牙齿从初始位置重新定位到最终位置，因为使用者得到一整套从开始到结束的牙齿矫治器。这些牙齿矫治器将按使用的顺序进行编号或标记。问题在于，如果某一颗牙齿的移动未能到达预期的位置，实际牙齿位置与预期(预测)牙齿位置之间的偏差很可能会在重新定位的过程中越变越大。另外，实际位置与预期位置之间偏差变大的牙齿与其他牙齿相比，将会承受不同比例的力的作用，由此导致患者疼痛加剧或不适感增加。

现有清洁牙齿矫治器的另一个问题是卫生问题。口腔中充满了微生物病菌。牙齿矫治器的长时间使用将会使其使用起来很不舒服。

下文所述的实施例可解决上文所述的需求与问题。

发明内容

本文公开了一种牙齿重新定位的畸齿矫正作用力系统。在一些实施例中，本发明提供了一种将牙齿从初始排列重新定位至最终排列的系统。该系统含有一整套或多套按序列依次使用的牙齿矫治器(appliance)，该系统包括：

(a)至少两个相同的第一个牙齿矫治器，该牙齿矫治器所选择的几何形状可将牙齿从初始牙齿排列重新定位至第一个中间排列或最终牙齿排列；

(b)任意一个或多个中间牙齿矫治器，该牙齿矫治器所选择的几何形状可将牙齿从第一个中间排列逐渐重新定位至相继的中间排列包括一个最后的中间牙齿排列，每一个所述的一个或多个中间牙齿矫治器均至少含有一个相同复制品；及

(c)至少两个相同的最终牙齿矫治器，所述牙齿矫治器所选择的几何形状可将牙齿从初始牙齿排列或最后的中间排列逐渐重新定位至最终牙齿排列，

其中所述的牙齿矫治器包含按序列依次使用的锁，这些锁具有不同的几何形状以容纳牙齿并允许牙齿矫治器将牙齿从一种排列重新定位至相继的排列，及

其中所述的系统提供了牙齿矫治器的说明书，使得正牙医生能根据说明书规定牙齿矫治器的使用顺序。

所述按序列依次使用的锁可由这样一种材料形成，该材料含有一种金属材料，一种塑料材料和/或一种聚合物材料。这些锁的一些例子包括，例如，聚合物框架，聚合物环，金属丝或夹子，硬塑料夹子，陶瓷夹子或弹性的聚合物框架或环。在一些实施例中，这些锁特别地排除了聚合物框架。

在一些实施例中，可将牙齿矫治器制成不同的结构以得到不同的作用力系统。比如，牙齿矫治器上的框架或环中至少一个区域含有两层或多层聚合物材料以得到作用力系统。在一些实施例中，框架或锁可制成部分或整体具有均匀或不均匀的硬度，弹性模数和/或厚度以得到作用力系统。

本文所提供的系统可以用本领域已知的方式进行描述。比如，在每套中，每一个牙齿矫治器可以含有不同作用力的说明书，比如，详述一种或多种牙齿矫治器的尺寸，例如牙齿矫治器的厚度或直径，或组成牙齿矫治器的材料特性，比如强、中、弱不同的作用力。牙齿矫治器的说明书可标记在每一个牙齿矫治器上，或选择性地标记在标签上或设置在包装内。在每套中的某些或全部的牙齿矫治器可进一步用数字标记，比如，用0-25之间的数字来标示牙齿的实际位置与预期(预测)位置之间的预计的偏差，该预期牙齿位置是由于牙齿矫治器几何形状的相继变化所产生的。

在一些实施例中，为了增加牙齿矫治器的锚固(anchorage)，可结合每套牙齿矫治器使用牙科移植物。可将移植物置于腭或颊或置于磨牙后的区域。

同时，还公开了本文所描述的系统的制备和使用方法。

具体实施方式

本文提供了一种牙齿重新定位的畸齿矫正作用力系统。该系统包括一整套或多套的牙齿矫治器，所述的牙齿矫治器可逐渐将牙齿从初始牙齿排列移动至最终牙齿排列。该系统可使得处方正牙医生(prescribing orthodontic doctor)可在治疗的过程中对牙齿的排列进行评价，并可通过畸齿矫正牙齿矫治器的选择来确定最优的作用力运用。本文所用的最优的作用力运用的定义为有效的牙齿移动与患者舒适度之间的一个最佳平衡点。从实用的观点看，最优的作用力运用可通过结合已知的牙齿位置最优的牙齿矫治器几何形状和作用力得到。

一方面，该系统包含至少两套按序列依次使用的牙齿矫治器，所述的牙齿矫治器所选择的几何形状可将牙齿从初始位置按序列依次移动或重新定位至最终位置。第一套的形成所使用的数字数据集是基于初始的牙齿排列获得的，而第二套(可以是中间的或最后的一套)的形成所使用的数据集是基于通过第一套或最后一套的前一套所得到的最后的牙齿排列获得的。第二套的数据集是很重要的由于它可以确定和减少或最小化牙齿移动的实际和预期的位置的偏差。第一套的数据集可通过牙齿印痕、口腔扫描或本领域已知的其它方法获得。第二套数据集(和所有第一个数据集以后的其它各套)可通过，比如，临床检测、牙齿印痕、口腔扫描或本领域已知的其它方法获得。第二套数据集(和所有第一个数据集以后的其它各套)可以是数字式的或非数字式的，这取决于畸齿矫正处方医生的判断。

另一方面，本文所描述的系统包含了每一套牙齿矫治器的逐步减弱和/或逐步增强的作用力系统。每一套牙齿矫治器包含了至少两种不同几何形状和/或作用力的牙齿矫治器，畸齿矫正的处方医生从中可以判断逐步减弱、逐步增强和/或逐步减弱和逐步增强结合的作用力是否是最合适的。

具体地，本文所描述的系统包含了一种将牙齿从初始牙齿排列重新定位至最终牙齿排列的周期性作用力系统。所述的系统包含了一整套的数个牙齿矫治器，所述牙齿矫治器包括：(a)两个或两个以上的牙齿矫治器，该牙齿矫治器所选择的几何形状可将牙齿从相同的初始牙齿排列重新定位至相同的第一个中间排列；(b)任意的一个或多个中间牙齿矫治器，该牙齿矫治器所选择的几何形状可将牙齿从相同的第一个中间排列逐渐地重新定位至相继的中间排列，每一次重新定位使用两个或两个以上的牙齿矫治器可将牙齿从相同的起始中间排列重新定位至相同的下一个牙齿排列；及(c)两个或两个以上的最终牙齿矫治器，该牙齿矫治器所选择的几何形状可将牙齿从相同的最后中间排列逐步重新定位至相同的最终牙齿排列。本文所用的术语“两个或两个以上”是范围广泛的，可包含多于一个牙齿矫治器的任何一个数目的牙齿矫治器，比如，2个牙齿矫治器，3个牙齿矫治器，4个牙齿矫治器，5个牙齿矫治器，6个牙齿矫治器，7个牙齿矫治器，8个牙齿矫治器，9个牙齿矫治器，10个牙齿矫治器或更多。在一些实施例中，术语“两个或两个以上”可包含2-15个牙齿矫治器，2-10个牙齿矫治器，或2-5个牙齿矫治器。

在本文所描述的系统中的牙齿矫治器可具有不同的作用力，该作用力可通过各种不同的参数进行设计和制定，比如，但不限于尺寸(比如厚度和/或几何形状)和/或材料特性。

在本文所描述的系统中的牙齿矫治器可包括按序列依次使用的锁，该锁具有不同的几何形状以适合于容纳牙齿并使得牙齿矫治器能将牙齿从一个排列重新定位至一个相继的排列。该锁可为任何构造，所述的构造能够容纳牙齿以允许牙齿矫治器能逐渐地将牙齿从一个排列移动或调整至另外一个排列。锁可以为，比如，金属的、塑料的、或聚合物的线、夹子、环、空腔或框架。在一些实施例中，所述的锁明确地不包含聚合物框架。

本文所公开的系统提供了牙齿矫治器的说明书，以便于正牙医生能根据说明书规定牙齿矫治器的使用顺序。说明书包括，但不限于尺寸(比如，作用力，厚度和/或几何形状)和/或材料特性。在一些实施例中，可对系统中的各套进行标记，以标示各套顺序。在其它的一些实施例中，可对牙齿矫治器进行标记，以使得正牙医生可以规定牙齿矫治器的使用顺序。

系统

重新定位是通过含有一系列牙齿矫治器的系统来完成的，所述牙齿矫治器设计了空腔以容纳牙齿，并在一系列至少3个连续步骤中逐步地重新定位个别牙齿，通常包括至少4个连续步骤，经常包括至少10个步骤，有时包括至少25个步骤，有时包括40个或更多的步骤。尽管在涉及到很多使用者牙齿的复杂案例中，需要用到40个或更多的步骤，但最经常的，所述的方法和系统是在10到25个连续步骤中将牙齿重新定位的。许多牙齿矫治器的按序列依次使用使得每个牙齿矫治器可设计成将个别牙齿以小距离进行移动的形式，一般小于2mm，优选小于1mm，更优选小于0.5mm。这些限定指的是使用单个牙齿矫治器所导致的牙齿上的任意一点的最大直线移动。对于任何特定的牙齿来说，按序列依次使用的牙齿矫治器所提供的移动通常是不一样的。

系统包括了多套的按序列依次使用的牙齿矫治器，所述牙齿矫治器具有不同的几何形状，该几何形状可相应于不同的治疗阶段界定牙齿的位置。系统可以仅仅包括一副两套或两套以上相同的按序列依次使用的牙齿矫治器。系统可以包括多套的按序列依次使用的牙齿矫治器；除了最后一套以外的每一套均能将牙齿移至一个中间位置；同时最后一套能将牙齿从最后中间位置移至最终位置。比如，对于一个含有两套的系统，第一套可将牙齿从初始位置(位置1)移至中间位置(位置2)，而第二套能将牙齿从位置2移至最终位置。对于一个含有三套的系统，第一套能将牙齿从初始位置(位置1)移至第一个中间位置(位置2)，第二套可将牙齿从位置2移至第二个中间位置(位置3)，最后一套可将牙齿从位置3移至最终位置。

本发明的一方面，本文所描述的牙齿重新定位系统包含了至少两个按序列依次使用的牙齿矫治器，比如，大约2个到大约20个按序列依次使用的牙齿矫治器，大约2个到大约15个按序列依次使用的牙齿矫治器，大约2个到大约10个按序列依次使用的牙齿矫治器，大约2个到大约8个按序列依次使用的牙齿矫治器，大约2个到大约5个按序列依次使用的牙齿矫治器，大约3个到大约20个按序列依次使用的牙齿矫治器，大约3个到大约15个按序列依次使用的牙齿矫治器，大约3个到大约10个按序列依次使用的牙齿矫治器，大约3个到大约8个按序列依次使用的牙齿矫治器，大约3个到大约5个按序列依次使用的牙齿矫治器，大约4个到大约20个按序列依次使用的牙齿矫治器，大约4个到大约15个按序列依次使用的牙齿矫治器，大约4个到大约10个按序列依次使用的牙齿矫治器，大约4个到大约8个按序列依次使用的牙齿矫治器，大约4个到大约5个按序列依次使用的牙齿矫治器，大约5个到大约20个按序列依次使用的牙齿矫治器，大约5个到大约15个按序列依次使用的牙齿矫治器，大约5个到大约10个按序列依次使用的牙齿矫治器，大约5个到大约8个按序列依次使用的牙齿矫治器，或大约5个按序列依次使用的牙齿矫治器。

牙齿矫治器具有一种或多种几何形状，该几何形状可界定牙齿在畸齿矫正治疗开始时的位置(初始位置)，畸齿矫正治疗中的位置(中间位置)，或在畸齿矫正治疗完成点的位置(最终位置)。每一个牙齿矫治器的尺寸(比如，作用力、厚度和/或几何形状)和/或材料特性是不同的，其相应于可将牙齿从一个位置逐渐移至另一个位置的扭转模量与作用力。

本文所描述的系统包括按序列依次使用的牙齿矫治器，所述牙齿矫治器包括至少两个第一个牙齿矫治器，所述第一个牙齿矫治器所选择的几何形状能将使用者的牙齿从初始牙齿排列重新定位至第一个中间排列，在此过程中，个别牙齿将会被逐步重新定位。在一些实施例中，系统进一步包括至少一个中间牙齿矫治器，所述中间牙齿矫治器所选择的几何形状能将牙齿从第一个中间排列逐步重新定位至一个或多个相继的中间排列，其中包括一个最后的中间牙齿排列。每一个至少一个的中间牙齿矫治器包含至少一个它本身的复制品。在一些实施例中，系统还进一步含有至少两个相同的最终牙齿矫治器，所述最终牙齿矫治器所选择的几何形状能将牙齿从最后的中间排列逐步重新定位至所期望的最终牙齿排列。在一些例子当中，组成最终牙齿矫治器或几个牙齿矫治器来“过度矫正”(“over correct”)最终牙齿位置是可取的，下文将会进行更为详细的讨论。

在一些实施例中，术语“按序列依次使用的牙齿矫治器”指的是具有将牙齿从一个位置重新定位至另一个位置的具有一定几何形状的牙齿矫治器，所述一个位置可以是一个初始位置或一个中间位置，所述另一个位置可以是一个中间位置或一个最终位置。在本文所公开的系统中的按序列依次使用的牙齿矫治器中，每一个按序列依次使用的牙齿矫治器的几何形状均不同于另一个按序列依次使用的牙齿矫治器的几何形状。

本文所用的术语“相同的牙齿矫治器”指的是具有相同几何形状的牙齿矫治器。术语牙齿矫治器(母牙齿矫治器)的“副本”指的是母牙齿矫治器的复制品牙齿矫治器，该复制品牙齿矫治器具有与母牙齿矫治器相同的几何形状。在一些实施例中，术语“相同的牙齿矫治器”可与术语“复制品”或“复制品牙齿矫治器”互换使用。

在一些实施例中，本文所描述的系统可含有按序列依次使用的牙齿矫治器，每一个按序列依次使用的牙齿矫治器包含2到20，2到15，2到10，2到8或2到5个相同的牙齿矫治器。比如，2，3，4，5，6，7，8，9或10个相同的牙齿矫治器。

与本发明有关的方法如下文更详细地描述，对系统进行计划，在治疗开始时制造第一套的所有单个的牙齿矫治器，所述的牙齿矫治器以单一包裹或系统提供给正牙医生。由于牙齿矫治器几何形状的连续改变所造成的实际牙齿位置与预期(预测)牙齿位置之间的预期偏差会与对于处方正牙医生有用的其它重要尺寸和/或材料特性一起清楚地标记在牙齿矫治器上。比如，预期第一套的第一个牙齿矫治器具有很小的偏差(比如，接近零)，而预期第一套的最后一个牙齿矫治器的偏差要大一些(比如，大于零)。偏差的精确单位可表示为，但不限于，百分比，公制计量单位或其它数字系统(比如，0到25的范围，最大偏差为25)。偏差的计算可根据要求牙齿移动的程度、牙齿矫治器的尺寸、牙齿矫治器的材料特性及其使用锚定装置(如骨中的牙齿植入物)与否的变化程度来进行计算。通过得到牙齿矫治器使用的固有顺序，使用者可根据正牙医生或其它治疗专家所规定的频率将牙齿矫治器戴在他的/她的牙齿上。与常规的牙齿矫治器不同，在每次治疗调整时，使用者不需要与治疗专家会面。虽然使用者通常希望与他们的治疗专家定期会面以确保疗效与最初的计划相一致，减少每次调整与治疗专家会见的需要使得治疗可以更多但较小的连续步骤进行，同时还可以减少治疗专家在每个使用者身上花费的时间。而且，聚合物框架牙齿矫治器更舒适、更隐形且使用者可自由摘戴，可极大地提高使用者的依从性、舒适度和满意度。

优选地，单个的牙齿矫治器包含聚合物框架，容纳牙齿的空腔形成在框架上，一般通过下述的方法成型。设定每一个单个的牙齿矫治器使得其容纳牙齿的空腔所具有的几何形状与牙齿矫治器预期的中间或最后的牙齿排列相一致。换句话说，当使用者第一次佩戴该牙齿矫治器时，某些牙齿相对于牙齿矫治器空腔未变形的几何形状来说是偏离方向的。然而，牙齿矫治器具有足够的弹性来顺应或符合偏离的牙齿，同时向这些偏离方向的牙齿提供足够的弹性力以将牙齿重新定位至该治疗步骤中所预期的中间或最后排列。然而，通过按序列依次使用的牙齿矫治器的几何形状来顺应或符合偏离的牙齿，将导致实际牙齿位置与预期(预测)牙齿位置之间的偏差的增大。

由于牙齿矫治器几何形状的连续改变所带来的实际牙齿位置与预期(预测)牙齿位置之间的预期偏差与对处方正牙医生有用的其它重要尺寸和/或材料特性一起清楚地标记在牙齿矫治器上。比如，预期第一套中的第一个牙齿矫治器具有非常小的偏差(比如，接近零)，而预期第一套中的最后一个牙齿矫治器具有较大的偏差(比如，大于零)。偏差的精确单位可表示为，但不限于，百分比，公制计量单位或其它数字系统。偏差可根据牙齿要求移动的程度，牙齿矫治器的尺寸，牙齿矫治器的材料特性以及锚定装置的使用与否(比如，骨中的牙齿植入物)的可变因素进行计算。

本文所述的单个的牙齿矫治器也可对牙齿的排列施加不同的作用力。关于每一个牙齿矫治器的不同作用力可通过增加厚度和硬度同时保持相同的弹性模数，或改变材料的性质比如弹性模数和硬度但不改变厚度，或改变厚度、硬度、弹性模数和/或材料性质的任意组合来获得。注释，在某一颗特定牙齿或一系列牙齿上所施加的作用力通常是有区别的，尽管某种程度上依赖于材料和/或牙齿矫治器的机械性能。牙齿矫治器的作用力通常与厚度、硬度、弹性模数和/或牙齿矫治器的材料性质有关。相比之下，在某一颗特定牙齿或一系列牙齿上所施加的作用力通常与实际的牙齿位置、预期牙齿位置、为获得预期牙齿位置所使用的牙齿矫治器的几何形状、牙齿矫治器的材料和/或机械性能以及是否使用任何锚定牙齿移植物装置有关。

在一个实施例中，本文所述的系统包括一整套或多套的牙齿矫治器，具有不同的逐步减弱和/或逐步增强的作用力系统(比如，从强到弱，从弱到强，从强到强，从弱到弱，从强到弱再到强，从弱到强再到弱，等等)。逐步减弱和/或逐步增强的作用力系统的结合仅仅是通过每一套中的牙齿矫治器的数目来限制。比如，系统可包括一个第一个牙齿矫治器，其具有强作用力且所选择的几何形状可将牙齿从初始的牙齿排列重新定位至第一个中间排列，一个或多个中间牙齿矫治器，其所选择的几何形状及作用力减小的系统可将牙齿从第一个中间排列逐渐地重新定位至相继的中间排列，以及一个最后牙齿矫治器，其具有在一套中最小的作用力系统且其所选择的几何形状可将牙齿从最后的中间排列逐渐重新定位至最终的牙齿排列。如果需要，一个新的作用力系统周期可从前一套的最终的牙齿排列开始直到整个治疗的结束。

对于每一套，提供作用力系统的说明书以描述每一个牙齿矫治器的作用力，并建议主治正牙医生在预定的不同作用力下每一个牙齿矫治器的使用顺序，所述的不同作用力可将使用者的牙齿逐渐移至最终的排列，并提供一个包裹，所述的包裹含有一套的牙齿矫治器，其中所述牙齿矫治器是以单一包裹的形式提供给使用者。然后主治的正牙医生将根据每一个使用者的情况以及医生的职业判断和决策将向使用者提供牙齿矫治器的正确使用顺序。

在一些实施例中，本文所述的系统包含一套或多套的牙齿矫治器。每一套含有一个或多个具有如上文所述的不同的逐步减弱和/或逐步增强的作用力系统的牙齿矫治器。在一些实施例中，每一套系统都可用各套的顺序进行标记。

与每一个牙齿矫治器相关的不同作用力可通过改变牙齿矫治器的尺寸和/或材料特性使其作用力不同。比如，牙齿矫治器可制成不同的厚度以得到不同的作用力。比如，牙齿矫治器的厚度范围为大约0.01mm，大约0.1mm，大约0.2mm，大约0.3mm，大约0.4mm，大约0.5mm，大约0.6mm，大约0.7mm，大约0.8mm，大约0.9mm，大约1mm，大约1.1mm，大约1.2mm，大约1.3mm，大约1.4mm，大约1.5mm，大约1.6mm，大约1.7mm，大约1.8mm，大约1.9mm或大约2.0mm。在其它一些实施例中，牙齿矫治器的不同作用力可通过使用不同的制造材料获得。比如，材料可与增强材料混合，比如纤维(fibers)、片块(pieces)、长片(strips)、金属丝(wires)、网孔(mesh)、格子框架(lattices)、网状物(networks)、相互贯穿的网状物或其组合，以使得牙齿矫治器具有不同的作用力。

为了达到畸齿矫正治疗的预期速度，可对一套中的单个牙齿矫治器的作用力进行裁定以满足治疗的需要。比如，在每一套，后一个牙齿矫治器可制成硬度不同于前一个牙齿矫治器，范围在，比如，大约0.1到大约8Gpa。在一些实施例中，在每一套的牙齿矫治器，前一个牙齿矫治器的弹性模数可制成与后一个牙齿矫治器的弹性模数相差大约1％到大约800％。在一些其它实施例中，在每套中，后一个牙齿矫治器的厚度可制成不同于前一个牙齿矫治器的厚度，其范围大约在0.1到大约2mm之间。

在一些实施例中，本发明提供了一种系统用于将牙齿从初始牙齿排列重新定位至最终牙齿排列。所述系统包含有一整套或多套的可以按序列依次使用的牙齿矫治器，所述系统包括：

(a)至少两个相同的第一个牙齿矫治器，该第一个牙齿矫治器所选择的几何形状可将牙齿从初始牙齿排列重新定位至第一个中间排列或最终牙齿排列；

(b)任意一个或多个中间牙齿矫治器，该中间牙齿矫治器所选择的几何形状可将牙齿从第一个中间排列逐步地重新定位至相继的中间排列，所述相继的中间排列包括一个最后中间牙齿排列，所述一个或多个中间牙齿矫治器的每一个均含有至少一个相同的复制品；及

(c)至少两个相同的最终牙齿矫治器，该最终牙齿矫治器所选择的几何形状可将牙齿从初始牙齿排列或最后中间排列逐步地重新定位至最终牙齿排列；

其中所述的牙齿矫治器含有按序列依次使用的锁，该锁具有不同的几何形状以适合于容纳牙齿并使得牙齿矫治器能将牙齿从一个排列重新定位至相继的排列，及

其中所述的系统提供牙齿矫治器的说明书，以便于正牙医生可以根据该说明书规定牙齿矫治器的使用顺序。

按序列依次使用的锁可由这样的材料制成，该材料包括金属材料、塑料材料和/或聚合物材料。一些锁的例子包括，比如，聚合物框架、聚合物环、金属线或金属夹、硬塑料夹、陶瓷夹或弹性聚合物框架或聚合物环。在一些实施例中，特别地排除了聚合物框架锁。

在一些实施例中，牙齿矫治器可制成不同的结构以得到不同的作用力系统。比如，牙齿矫治器上的框架或环可至少有一个区域含有两层或多层聚合物材料以获得作用力系统。在一些实施例中，框架或锁其部分或整个区域可制成具有相同或不同的硬度，弹性模数和/或厚度以产生作用力系统。

本文所提供的系统可用本领域已知的方法进行阐述。比如，在一套中，每一个牙齿矫治器均可含有不同作用力的说明书，比如，说明一个或多个牙齿矫治器的尺寸，比如厚度或牙齿矫治器的直径或制造牙齿矫治器的材料特性，比如，强、中或弱的不同作用力。这些牙齿矫治器的说明书可标记在每一个牙齿矫治器上或选择性地标记在标签上或标记在包装上。在一套中的一些或所有牙齿矫治器可进一步含有数字标记，比如，以0到25来表示由于牙齿矫治器几何形状的连续改变所带来的实际牙齿位置与预期(预测)牙齿位置之间的预期偏差。

在一些实施例中，为了增加牙齿矫治器的锚固，牙齿移植物可结合各套牙齿矫治器使用。移植物可置于腭、颊或磨牙后的区域。

材料

牙齿矫治器可由含有一种或多种聚合物的弹性材料制成。聚合物优选惰性的且具有生物相容性。聚合物不仅具有足够的柔韧性使得使用者易于摘下和使用，同时还应具有足够的硬度以控制牙齿的移动。任何一种牙齿治疗中常用于制造可摘取牙齿矫治器的传统材料均可用于本发明。有用的聚合物的具体例子包括任何弹性聚合物材料，比如那些通常在牙科领域使用的材料，例如，烯烃聚合物或共聚物，比如聚乙烯、聚丁烯、聚异丁烯、聚丙烯、乙烯乙酸乙烯酯共聚物(ethylene vinyl acetate)、聚乙烯醇、聚苯乙烯、含有两种或两种以上的乙烯、丙烯、丁烯、异丁烯、戊烯、苯乙烯、乙烯乙酸酯(vinyl acetate)、乙烯醇的共聚物及其组合物或混合物。聚合物材料可进一步包括改善生物相容性的材料。这种改善生物相容性的材料包括，例如，聚乙二醇、聚丙二醇、聚环氧乙烷(polyethylene oxide)或一种天然聚合物比如纤维素或藻酸盐(alginate)、胶原蛋白及其类似物。

在一些实施例中，聚合物材料可进一步包括增强材料，比如纤维(fibers)、碎片(chips)、金属丝(wires)、玻璃纤维(glass fibers)、碳化纤维(carbon fibers)、片块(pieces)、长片(strips)、网孔(mesh)、格子框架(lattices)、网状物(networks)及其相互贯穿的网状物。一些代表性的增强材料包括，比如，微米或纳米氧化铝、碳化纤维等等，或其混合物。

牙齿矫治器的制备方法

系统可通过以下的步骤形成：(a)获得需要进行畸齿矫正治疗的使用者规定的牙齿信息；(b)形成包括单个牙齿矫治器的一套牙齿矫治器；及(c)形成一套牙齿矫治器。

一方面，牙齿矫治器可通过以下的步骤制备：(1)产生/获得代表初始牙齿排列的一个初始数据集比如一个初始数字数据集(IDDS)；(2)产生代表中间牙齿排列的数字数据集(DDS)或非数字数据集(NDDS)；(3)产生代表最后牙齿排列或最终牙齿排列的最后或最终数据集，比如DDS或NDDS；及(4)基于第一个数字数据集和最终的数字数据集可任意产生数个连续数字数据集，其中数个连续数据集代表了一系列连续的牙齿排列，从中间牙齿排列到最后牙齿排列或最终牙齿排列；及(5)基于数字数据集制备一个牙齿矫治器或数个牙齿矫治器。在一些实施例中，数字数据集可转化为代表牙齿排列的可视图像，牙齿矫治器可基于这些可视图像进行制备。获得IDDS和DDS，基于DDS获得可视图像并根据可视图像制备牙齿矫治器的方法公开在美国专利号为6,398,548，6,544,611，5,895,893，6,244,861，6,616,444，5,645,420及5,447,432的专利文件中。本文通过文献参考的形式全文引入。

初始的数字数据集可通过本领域任何已知的技术提供，包括数字化的X-光图像，由计算机辅助的体层摄影术(CAT扫描)获得的图像，核磁共振成像(MRI)获得的图像，照片扫描获得的图像及其类似的方法。图像为三维图像，并且数字化可通过已知的技术来完成。比如，初始的数字数据集可通过本领域已知的技术制备使用者牙齿(治疗前)的石膏模型来提供。用激光或其它扫描仪器对通过这样的方法获得的石膏模型进行扫描得到使用者牙齿石膏模型的高分辨率数字表示。

在一个优选实施例中，使用标准的方法也可得到使用者的蜡法(wax bite)。蜡法使得使用者上下齿系的石膏模型可置于相对彼此在中心牙合位(occlusal position)上。然后扫描这对模型可得颌在该处的相对位置的信息。将该信息整合到上下牙齿的IDDS中。

一旦获得了数字数据集，图像可在安装有计算机辅助设计软件的合适的计算机系统上呈现与操作，下文将进行更为详细的阐述。图像处理通常包括定义至少某些单个牙齿的边界，并且通过计算机的图像处理促使牙齿的图像相对于颌与其它牙齿移动。还提供了检测牙齿尖端信息的方法。图像处理可以完全主观地进行，即使用者可能仅仅根据图像的观察，从审美和/或治疗方面的要求简单地进行牙齿的重新定位。做为选择，计算机系统可提供规则与算法以帮助使用者重新定位牙齿。在一些实施例中，提供一种以全自动方式重新定位牙齿的规则与方法是有可能的，即不需要使用者的介入。一旦个别牙齿已经被重新定位，将会产生并保存一个最终的数字数据集，该数据集所代表的是所期望的最终牙齿排列。

决定最终牙齿排列的典范方法是让治疗专家来定义最终的牙齿位置，比如，写一个处方。用处方来定义正牙过程的预期结果是本领域已知的方法。当提供了处方或其它最终的目标后，可对图像进行处理使其与处方相匹配。在一些实施例中，可能会提供一种可对处方进行解释以得到最终图像的软件，因此数字数据集代表了最终牙齿排列。

另一方面，本文所描述的方法可用于生成数个数字数据集，该数字数据集代表了从初始牙齿排列到最终牙齿排列的过程中一系列离散的牙齿排列。这样的方法包括提供代表初始牙齿排列的数字数据集(该数据集可根据上文所述的任何技术得到)。同时还提供代表最终牙齿排列的数字数据集。这样的最终数字数据集可通过上文所述的方法得到。然后根据初始的数字数据集和最终的数字数据集得到数个连续的数字或非数字数据集。通常，通过测定所选择的个别牙齿在初始数据集与最终数据集中的位置差异，并向其内插可得到连续数字数据集。这样的内插数目可和期望的离散阶段数目一样多，通常至少3次，经常是至少4次，更多时候是至少10次，有时是至少25次，偶尔是40次或更多。很多时候，对于某些或所有的位置差异的内插是线性内插。作为选择，内插也可以是非线性的。在一个优选实施例中，非线性内插可通过计算机的路径安排与冲突检出技术自动进行计算，以避免单个牙齿之间的相互干扰。位置差异可与牙齿的移动相对应，其中牙齿上任何一点的线性移动的最大值为2mm或小于2mm，通常为1mm或小于1mm，常常下为0.5mm或小于0.5mm。

通常，使用者会指定某些目标中间牙齿排列，称为“关键框架”，其直接纳入中间数字数据集。本发明的方法然后以上文所述的方式确定关键框架之间的连续数字数据集，比如，在关键框架间通过线性或非线性内插。关键框架可由使用者确定，比如在用以产生数字数据集的电脑上单个地处理一个可视图像，或选择性地由治疗专家以同样的方法提供一个处方，所述处方为最终牙齿排列的处方。

还是另一个方面，本文所述的方法可用于制备数个逐步调整牙齿位置的牙齿矫治器。所述方法包括提供一个初始的数字数据集，一个最终的数字或非数字数据集，并产数个连续的数字或非数字数据集，该数据集代表的是目标的相继的牙齿排列，通常如上文所述。然后，可根据至少一些代表相继的牙齿排列的数字数据集来制备牙齿矫治器。优选地，制备的步骤包括根据相继的数字数据集来控制制备器以得到预期牙齿排列的相继正面模型。然后，应用常规的正压力或真空制备技术制备作为正面模型的反面的牙齿矫治器。制备器可包括立体平板印刷(stereolithography)或其它类似机器，该机器依靠选择性地硬化一定体积的非硬式的聚合树脂，基于数字数据集通过扫描激光来选择性硬化树脂到一定的形状。本发明的方法还可以使用的其它制备器包括加工机器(tooling machines)和蜡处理器(wax deposition machines)。

另一方面，本发明制备牙齿矫治器的方法包括为使用者提供一个代表修正的牙齿排列的数字数据集。然后基于数字数据集，用制备器制备一个修正后的牙齿排列的正面模型。然后以正面模型的反面制备牙齿矫治器。制备器可以是立体平板印刷或其它如上文所述的机器，正面模型可通过常压或真空模塑技术进行制备。

另一方面，本文所述的制备牙齿矫治器的方法包括为使用者提供一个代表修正后的牙齿排列的第一个数字数据集。然后第二个数字数据集可从第一个数字数据集中产生，其中第二个数据集代表的是修正后的牙齿排列的反面模型。然后根据第二个数字数据集来控制制备器来生产牙齿矫治器。制备器通常依赖于选择性地硬化非硬式树脂来制备牙齿矫治器。通常牙齿矫治器含有一个聚合物框架，该框架含有空腔结构可容纳牙齿并将其从初始牙齿排列弹性地重新定位至修正后的牙齿排列。

在一些实施例中，在使用者经过一整套或多套的牙齿矫治器治疗后，正牙医生可以采集一个最后中间牙齿排列的印痕或扫描图。因此基于印痕或扫描可以获得前一套的最后中间牙齿排列的数字数据集。然后，以前一套的最后中间牙齿排列的数字数据集作为初始点，以产生一个新的数字数据集和可视图像。根据代表一个或多个新的中间牙齿排列和一个最终牙齿排列的新数字数据集可制备新的一套牙齿矫治器。

在一些实施例中，最终牙齿排列可通过使用两套或两套以上的牙齿矫治器来实现，且每套的牙齿矫治器可将牙齿从前一套的最后牙齿矫治器所定的位置逐渐地进行移动。因此多套的牙齿矫治器可根据上述的原理进行制备。

使用方法

根据本发明的方法，通过置于使用者口腔中的一系列位置逐渐调整的牙齿矫治器，可将使用者的牙齿从初始牙齿排列重新定位至最终牙齿排列。方便地，牙齿矫治器并不是固定的，使用者可在整个过程中的任何时间戴上或更换牙齿矫治器。系统中的第一个牙齿矫治器所选择的几何形状可将牙齿从初始牙齿排列重新定位至第一个中间排列。在牙齿的第一个中间排列已经接近或达到时，将一个或多个附加的中间牙齿矫治器按序列依次置于牙齿上，其中这些附加的牙齿矫治器所选择的几何形状可通过相继的中间排列将牙齿从第一个中间排列逐渐重新定位。通过将最后一个牙齿矫治器置于使用者口腔中，治疗将结束，其中最后牙齿矫治器所选择的几何形状可将牙齿从最后中间排列逐渐重新定位至最终牙齿排列。最后牙齿矫治器或系列中的几个牙齿矫治器所选择的几何形状可对牙齿排列进行过矫正，即其几何形状将会(如果完全达到)对个别牙齿的移动超出了所选择的“最终”牙齿排列。为了抵消矫正治疗结束后牙齿可能的复原，这样的过矫正是可取的，即允许个别牙齿向校正前的位置反向进行一些移动。同时过矫正对于加快矫正速率是有益的，即通过使用具有的几何形状定位超出预期的中间或最后位置的牙齿矫治器，个别牙齿将以更快的速度移向该位置。在这些例子中，治疗可在牙齿到达最终牙齿矫治器所定义的位置之前就停止。方法通常包括放置至少两个附加的牙齿矫治器，常常包括放置至少10个附加的牙齿矫治器，有时是放置至少25个附加的牙齿矫治器，偶尔放置至少40个或更多附加的牙齿矫治器。当牙齿接近(在预选的公差之内)或到达该治疗阶段的目标最终排列时，更换相继的牙齿矫治器，通常是在间隔范围为2天到20天之间进行更换，一般是在间隔范围在5天到10天之间更换。

通常，在该治疗阶段的“最终”牙齿排列真正实现之前更换牙齿矫治器是可取的。可理解为，随着牙齿的逐渐重新定位，接近特定牙齿矫治器所定义的几何形状，施加在个别牙齿上的重新定位作用力将会极大地减弱。因此，当牙齿只有部分被先前的牙齿矫治器重新定位时，通过将先前的牙齿矫治器更换成按序列依次使用的牙齿矫治器可能会减少整个治疗时间。因此，FDDS事实上代表的是最终牙齿位置的过矫正。两者均能加快治疗并抵消使用者牙齿的故态复萌。

一般而言，转换到下一个牙齿矫治器可基于许多因素。最简单的，可基于预期的或具有代表性的使用者的反应，在治疗开始时就确定预定时间表或固定的时间间隔(即每一个牙齿矫治器的使用天数)来更换牙齿矫治器。选择性地，可考虑实际使用者的反应，比如当使用者不再感觉到来自当前使用的牙齿矫治器对牙齿的压力时，可提前使用下一个牙齿矫治器，即他们所戴的牙齿矫治器很容易安装到牙齿上，且使用者的牙齿感觉到很小或没有压力或不舒适感。在一些实施例中，对于那些牙齿反应非常快的使用者，治疗专家可决定跳过一个或多个中间牙齿矫治器，即将牙齿矫治器的总数减少到一开始所确定的数目以下。这样，对于某些使用者其整个治疗时间是可以减少的。

另一方面，本发明的方法包括使用包含聚合物框架的牙齿矫治器将牙齿重新定位，所述的聚合物框架具有空腔以适合于容纳牙齿并且弹性地重新定位牙齿至最终的牙齿排列。本发明改进了这些方法，包括在治疗开始时确定至少3个牙齿矫治器的几何形状，使用者将会按序列依次地佩戴这些牙齿矫治器以将牙齿从初始牙齿排列重新定位至最终牙齿排列。优选地，在治疗开始时至少确定4个牙齿矫治器的几何形状，常常是至少10个牙齿矫治器的几何形状，经常是至少25个牙齿矫治器的几何形状，有时是40个或更多的牙齿矫治器的几何形状。通常，由每一个相继的几何形状中的空腔所确定的牙齿位置与之前的几何形状所定义的牙齿位置之间的差值不大于2mm，优选不大于1mm，常常不大于0.5mm，如上文所定义。

系统可用于治疗或预防畸齿情况，比如牙齿排列不整齐，拥挤，间距过大、覆盖、覆咬合问题及其组合。

尽管上文详细描述了本发明的优选实施例，但是可进行各种各样的替换、修改及其等效替换。因此，上文的阐述不应该看作是对本发明权利要求所定义的保护范围的限制。

Claims (26)

1.一种将牙齿从初始牙齿排列重新定位至最终牙齿排列的系统，包含一整套或多套的可以按序列依次使用的牙齿矫治器，系统包括：

(a)至少两个相同的第一个牙齿矫治器，该牙齿矫治器所选择的几何形状可将牙齿从初始的牙齿排列重新定位至第一个中间排列或最终牙齿排列；

(b)任意一个或多个中间牙齿矫治器，该牙齿矫治器所选择的几何形状可将牙齿从第一个中间排列逐步重新定位至相继的中间排列包括一个最后中间牙齿排列，所述一个或多个中间牙齿矫治器的每一个牙齿矫治器均有至少一个相同的复制品；及

(c)至少两个相同的最终牙齿矫治器，该牙齿矫治器所选择的几何形状可将牙齿从初始牙齿排列或最后中间排列逐步重新定位至最终牙齿排列，

其中所述的牙齿矫治器包含了按序列依次使用的锁，这些锁具有不同的几何形状以适合于容纳牙齿并使得牙齿矫治器能将牙齿从一个排列重新定位至相继的排列，及

其中所述的系统提供了牙齿矫治器的说明书，使得正牙医生能根据说明书规定牙齿矫治器的使用顺序。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述的牙齿矫治器包含聚合物框架，该聚合物框架具有空腔以适合于容纳牙齿并将牙齿从一种排列弹性地重新定位至另一种相继的排列。

3.根据权利要求1所述的系统，其中每套包含一个定制的作用力系统，该作用力系统由正牙医生规定。

4.根据权利要求1所述的系统，其中每套包含逐步减弱、逐步增强和/或逐步减弱/逐步增强组合的作用力系统。

5.根据权利要求1所述的系统，包含至少两套的牙齿矫治器。

6.根据权利要求1所述的系统，其中所述的第一个牙齿矫治器为最终牙齿矫治器。

7.根据权利要求1所述的系统，含有2到20个按序列依次使用的牙齿矫治器。

8.根据权利要求7所述的系统，其中每一个按序列依次使用的牙齿矫治器包含3到10个复制品牙齿矫治器。

9.根据权利要求1所述的系统，其中每一个牙齿矫治器均具有说明书以说明其不同的作用力。

10.根据权利要求1所述的系统，其中每一个牙齿矫治器均具有说明书以说明牙齿矫治器的尺寸或材料特性。

11.根据权利要求1所述的系统，其中说明书说明了牙齿矫治器的几何形状或厚度，牙齿矫治器强、中、弱不同的作用力，和/或牙齿矫治器预期的偏差(discrepancies)。

12.根据权利要求1所述的系统，其中牙齿矫治器的说明书标记在包装上、标记在标签上或放置在包装内。

13.根据权利要求1所述的系统，包含两个或两个以上的牙齿矫治器，其中所述的第二个牙齿矫治器与第一个牙齿矫治器的硬度差别范围在约0.1到约8Gpa之间。

14.根据权利要求1所述的系统，包含两个或两个以上的牙齿矫治器，所述的第一个牙齿矫治器的弹性模数与第二个牙齿矫治器的弹性模数相差大约1％到大约800％。

15.根据权利要求1所述的系统，其中任意一套包含两个或两个以上的牙齿矫治器，按序列依次使用的牙齿矫治器的厚度与之前的牙齿矫治器的厚度的差别范围在大约0.1到大约2mm之间。

16.根据权利要求1所述的系统，其中单个的锁或框架的至少一个区域包含两层或两层以上的聚合物材料。

17.根据权利要求1所述的系统，其中单个的锁或框架的至少一个区域包含增强结构的材料，所述的材料选自片块(pieces)、长片(strips)、金属丝(wires)、网孔(mesh)、格子框架(lattices)、相互贯穿的网状物、网状物(networks)及其组合。

18.根据权利要求1所述的系统，其中牙齿矫治器中的每一个环或框架其整体具有均一的硬度、弹性模数或厚度。

19.根据权利要求1所述的系统，其中牙齿矫治器中的每一个环或框架其整体具有非均一的硬度、弹性模数或厚度。

20.根据权利要求1所述的系统，进一步包含牙齿移植物以增强锚固。

21.根据权利要求20所述的系统，其中所述移植物的直径范围为大约2mm到大约10mm之间。

22.根据权利要求1所述的系统，其中所述锁包含聚合物、金属丝、硬塑料材料或陶瓷。

23.根据权利要求1所述的系统，其中所述锁为聚合物环。

24.一种方法，包括依照权利要求1制备系统。

25.一种方法，包括依照权利要求1所述的系统应用于接受该系统的使用者。

26.根据权利要求25所述的方法，可用于治疗以下的畸齿情况，包括牙齿排列不整齐，拥挤，间距过大、覆盖、覆咬合问题及其组合。